Lienemann TCP/IP – Grundlagen und Praxis

Protokolle, Routing, Dienste, Sicherheit
aktualisierte und überarbeitete Auflage - Mit Beiträgen von Dirk Larisch
ISBN: 978-3-96910-958-8
Verlag: dpunkt
Format: EPUB
Kopierschutz: 6 - ePub Watermark

E-Book, Deutsch, 366 Seiten

TCP/IP - Die Sprache der Netzwerkkommunikation

Eine umfassende Darstellung der TCP/IP-Protokollfamilie und ihrer Dienste

Absicherung der Netzwerk-Kommunikation durch geeignete Protokolle und Verfahren

Fehleranalyse im Netzwerk, u. a. durch WireShark

TCP/IP gilt als Standard für die Kommunikation in Netzwerken - sowohl im lokalen Bereich als auch im weltumspannenden Internet. Wie jede Protokollfamilie so setzt sich auch TCP/IP aus verschiedenen Komponenten zusammen. Sie werden im Rahmen dieses Buches mit folgenden Schwerpunktthemen umfassend erläutert:
- Entwicklung und Funktion von Netzwerken
- Switching und Routing
- Protokolle der TCP/IP-Familie
- Adressierung im Netzwerk (statisch, dynamisch per DHCP)
- Namensauflösung im IP-Netzwerk (Domain Name Service)
- Routing-Protokolle im IP-Netzwerk und deren Funktion
- Spezielle Dienste auf Basis von TCP/IP
- TCP/IP in kabellosen Netzwerken (WLAN, Bluetooth, DSL-Vectoring usw.)
- Sicherheit im IP-Netzwerk (IPsec, VPN, SSL)
- Weiterentwicklungen auf Basis von IPv6
- Internet der Dinge (IoT)
- Implementierung von TCP/IP in Betriebssystemen
Neben den Grundlagen werden auch praktische Aspekte beleuchtet, die für die tägliche Arbeit von Relevanz sein können. So wird beispielsweise der Analyse von Netzwerkstörungen ein ganzes Kapitel gewidmet. Außerdem wird beispielhaft im Anhang die TCP/IP-Konfiguration auf verschiedenen Betriebssystemplattformen dargestellt oder zum Thema 'Sicherheit' ein datenzentrisch abgesicherter 'Sicherheitsschild' vorgestellt.

Gerhard Lienemann arbeitete ab 1991 für etwa 12 Jahre als Netzwerkadministrator in einem produzierenden Betrieb, bevor er ins technische Management wechselte. Seitdem war er zunächst zuständig für operative Kommunikationssicherheit und übernahm dann zusätzlich die Betreuung eines europäischen Netzwerkteams. Nur kurze Zeit später erweiterte er seine Verantwortung auf ein globales Netzwerkteam in Asien, Nord- und Südamerika. Seiner Leidenschaft 'IT-Kommunikation' ist er auch nach dem Ausscheiden aus dem aktiven Berufsleben treu geblieben.

Autoren/Hrsg.

Lienemann, Gerhard

Leseproben

1Netzwerke

Wie wir heute wissen, entwickelte sich die zunächst durch Teilung von Ressourcen begründete Netzwerk-Implementierung in Unternehmen (z.B. durch die Einführung von Abteilungsdruckern oder gemeinsam genutzte Speichermedien) in den letzten zwei Jahrzehnten zunehmend zu einem Umfeld komplexer weltweiter Kommunikation. Dabei wurde bereits recht früh der Grundstein für eine Standardisierung der »Sprache der Kommunikation« gelegt. Mit Gründung des Internets in den frühen 80er Jahren des letzten Jahrhunderts wurde die Netzwerkprotokollfamilie »TCP/IP« ins Leben gerufen. Sie sorgte dafür, dass Daten zwischen Kontinenten, Ländern und einzelnen Standorten nach festgelegten Kriterien übertragen werden konnten. Das Regelwerk besitzt bis heute seine Gültigkeit und basiert im Wesentlichen auf die in diesem Kapitel dargestellten Standards.

Schnell entstanden die ersten lokalen Netzwerke (LAN = ), die dann nach und nach über entsprechende Anbindungen mehr und mehr zu standortübergreifenden WAN-Netzwerken (WAN = ) ausgebaut wurden.

1.1Netzwerkstandards

Wie bei jeder Technologie, so werden auch im Netzwerkbereich bestimmte Vorgaben, Normen oder Standards benötigt, an denen sich die verschiedenen Entwicklungen orientieren. Bei der Behandlung von Netzwerkstandards sind dies insbesondere das ISO/OSI-Referenzmodell sowie die Normierungen und Vorgaben des IEEE (Institut der elektrischen und elektronischen Ingenieure), aber ebenso auch bestimmte Kommentierungen von Entwicklungen, die unter der Bezeichnung RFC () allgemein üblich sind und vom IETF () verwaltet werden.

1.1.1OSI als Grundlage

Zur Vereinheitlichung der Datenübertragung wurde das OSI-Referenzmodell geschaffen, das bestimmte Vorgaben für die Kommunikation offener Systeme darlegt. Das OSI-Modell ermöglicht den Herstellern, ihre Produkte für den Netzwerkeinsatz aufeinander abzustimmen und Schnittstellen offenzulegen.

Dies ist somit die Basis für sämtliche Festlegungen im sogenannten ISO- bzw. OSI-Schichtenmodell, wobei die einzelnen Schnittstellen dieser Norm auf insgesamt sieben Schichten, sogenannte , verteilt werden. Jede Schicht wiederum erfüllt bei der Kommunikation eine bestimmte Funktion. Das OSI-Schichtenmodell diente in der Vergangenheit, aber auch heutzutage noch generell als Grundlage für die Kommunikationstechnologie. Dabei liegt der Sinn und Zweck darin, dass die Teilnehmer der Kommunikation (z.B. Rechner) über genormte Schnittstellen miteinander kommunizieren. Im Einzelnen setzt sich das OSI-Referenzmodell aus den folgenden Schichten zusammen:

Schicht 1 – Physical Layer

Auf dem (physikalische Schicht) wird die physikalische Einheit der Kommunikationsschnittstelle dargestellt. Diese Schicht (Bit-Übertragungsschicht) definiert somit sämtliche Definitionen und Spezifikationen für das Übertragungsmedium (Strom-, Spannungswerte), das Übertragungsverfahren oder auch Vorgaben für die Pinbelegung, Anschlusswiderstände usw.

Schicht 2 – Data Link Layer

Der sogenannte (Verbindungsschicht) ermöglicht eine erste Bewertung der eingehenden Daten. Durch Überprüfung auf die korrekte Reihenfolge und die Vollständigkeit der Datenpakete werden beispielsweise Übertragungsfehler direkt erkannt. Dazu werden die zu sendenden Daten in kleinere Einheiten zerlegt und als Blöcke übertragen. Ist ein Fehler aufgetreten, werden einfach die als fehlerhaft erkannten Blöcke erneut übertragen.

Schicht 3 – Network Layer

Der (Netzwerkschicht) übernimmt bei einer Übertragung die eigentliche Verwaltung der beteiligten Kommunikationspartner, wobei insbesondere die ankommenden bzw. abgehenden Datenpakete verwaltet werden. In dieser Vermittlungsschicht erfolgt unter anderem eine eindeutige Zuordnung über die Vergabe der Netzwerkadressen, indem der Verbindung weitere Steuer- und Statusinformationen hinzugefügt werden. In einem Netzwerk eingesetzte Router arbeiten immer auf der Schicht 3 des OSI-Referenzmodells.

Schicht 4 – Transport Layer

Auf dem (Transportschicht) werden die Verbindungen zwischen den Systemschichten 1 bis 3 und den Anwendungsschichten 5 bis 7 hergestellt. Dies geschieht, indem die Informationen zur Adressierung und zum Ansprechen der Datenendgeräte (z.B. Arbeitsstationen, Terminals) hinzugefügt werden. Aus dem Grund enthält diese Schicht auch die meiste Logik sämtlicher Schichten. Im Transport Layer wird die benötigte Verbindung aufgebaut und die Datenpakete werden entsprechend der Adressierung weitergeleitet. Somit ist diese Schicht unter anderem auch für Multiplexing und Demultiplexing der Daten verantwortlich.

Schicht 5 – Session Layer

Der (Sitzungsschicht) ist die Steuerungsschicht der Kommunikation, wo der Verbindungsaufbau festgelegt wird. Tritt bei einer Übertragung ein Fehler auf oder kommt es zu einer Unterbrechung, wird dies von dieser Schicht abgefangen und entsprechend ausgewertet.

Schicht 6 – Presentation Layer

Die Anwendungsschicht () stellt die Möglichkeiten für die Ein- und Ausgabe der Daten bereit. Auf dieser Ebene werden beispielsweise die Dateneingabe und -ausgabe überwacht, Übertragungskonventionen festgelegt oder auch Bildschirmdarstellungen angepasst.

Schicht 7 – Application Layer

Schicht 7 ist die oberste Schicht des OSI-Referenzmodells (), auf der die Anwendungen zum Einsatz kommen. Dies ist somit die Schnittstelle zwischen dem System (z.B. Rechner oder sonstige Hardware) und einem Anwendungsprogramm.

1.1.2IEEE-Normen

Neben dem ISO-Schichtenmodell existieren weitere Vorgaben oder Normen für den Netzwerkbereich. Eine wichtige Institution ist dabei das IEEE ().

Das IEEE (gesprochen ) ist ein Berufsverband für Ingenieure und ein amerikanisches Normungsgremium, das sich generell mit Festlegungen, Standards und Normen für die Kommunikation auf den beiden untersten Ebenen des OSI-Schichtenmodells () beschäftigt. Die einzelnen Definitionen in Bezug auf die Datenübertragung werden allesamt unter dem Titel des »Komitee 802« zusammengefasst. Eine der ersten Definitionen des Komitees war die Verabschiedung des Ethernet-Zugriffsverfahrens CSMA/CD (). Im Dezember 1980 trat eine spezielle Projektgruppe (802.5) zusammen, um das Zugriffsverfahren für den Token-Ring-Bereich zu standardisieren. Ein Jahr später konstituierte sich dann die Token-Bus-Projektgruppe (802.4). Die zahlreichen IEEE-Arbeitsgruppen sind verschiedenen Themen gewidmet und beschäftigen sich vor allem mit Netzwerktopologien, Netzwerkprotokollen oder Netzwerkarchitekturen. Die wichtigsten der Normen und Arbeitsgruppen sind nachfolgend aufgeführt. Details hierzu können aber auch jederzeit auf der Website des IEEE unter nachgelesen werden.

IEEE 802.1

Der IEEE-Standard mit der Bezeichnung 802.1 beschreibt den Austausch der Daten unterschiedlicher Netzwerke. Dazu gehören Angaben zur Netzwerkarchitektur und zum Einsatz von Bridges (Brücken). Zusätzlich erfolgen hier auch Angaben über das Management auf der ersten Schicht (). IEEE 802.1 wird in der Fachliteratur auch mit dem Namen (HLI) bezeichnet.

IEEE 802.1Q

Innerhalb des Arbeitskreises HLI () beschäftigt sich die Arbeitsgruppe 802.1Q mit der Definition des Standards für den Einsatz virtueller LANs (VLANs).

IEEE 802.2

Im Arbeitskreis 802.2 wird eine Definition für das Protokoll festgelegt, mit dem die Daten auf der zweiten Ebene des OSI-Modells () behandelt werden. Dabei wird unterschieden zwischen dem verbindungslosen und dem verbindungsorientierten Dienst. Die Einordnung dieses Standards im OSI-Referenzmodell erfolgt auf Schicht 2.

IEEE 802.3

Dies ist eine Definition, die im Bereich der Netzwerke eine der wichtigsten Vorgaben darstellt, denn mit 802.3 wird neben der Topologie, dem Übertragungsmedium und der Übertragungsgeschwindigkeit auch ein ganz spezielles Zugriffsverfahren beschrieben bzw. vorgegeben: CSMA/CD, was als Abkürzung für

Über Autor(innen)

Gerhard Lienemann arbeitete ab 1991 für etwa 12 Jahre als Netzwerkadministrator in einem produzierenden Betrieb, bevor er ins technische Management wechselte. Seitdem war er zunächst zuständig für operative Kommunikationssicherheit und übernahm dann zusätzlich die Betreuung eines europäischen Netzwerkteams. Nur kurze Zeit später erweiterte er seine Verantwortung auf ein globales Netzwerkteam in Asien, Nord- und Südamerika. Seiner Leidenschaft "IT-Kommunikation" ist er auch nach dem Ausscheiden aus dem aktiven Berufsleben treu geblieben.